ES2940776T3 - Batería secundaria y dispositivo que comprende la batería secundaria - Google Patents

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Changlong Han
Chenghua Fu
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Abstract

La presente solicitud proporciona una batería secundaria y un dispositivo que comprende la batería secundaria. La batería secundaria comprende: una hoja de electrodo negativo, comprendiendo la hoja de electrodo negativo un material activo de electrodo negativo; un separador, comprendiendo el separador un sustrato y un revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del sustrato; y un electrolito, comprendiendo el electrolito un disolvente orgánico; el material activo del electrodo negativo comprende un material a base de silicio y un material de carbono; el espesor del sustrato del separador es de 7 μm a 12 μm; el disolvente orgánico comprende carbonato de etileno, representando el contenido de carbonato de etileno en el disolvente orgánico <= 20% en peso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria y dispositivo que comprende la batería secundaria
Campo
La solicitud se refiere al campo técnico de las baterías, en particular a una batería secundaria y un dispositivo que incluye la misma.
Antecedentes
El gran consumo de recursos fósiles da como resultado un agotamiento cada vez mayor de los recursos y, mientras tanto, los graves problemas ambientales causados por los recursos fósiles en su proceso de uso también conducen a demandas cada vez más urgentes de nuevas energías novedosas, limpias y respetuosas con el medio ambiente. La energía eólica, la energía hidráulica, la energía solar y similares en las nuevas energías existentes se desarrollan y aplican en diferentes grados, pero no pueden suministrarse de manera continua y estable debido a factores de estación, geografía y similares, y se requiere un equipo de almacenamiento de energía adecuado para almacenar y liberar energía eléctrica. Las baterías secundarias se encuentran en un rápido desarrollo gracias a ventajas tales como la accesibilidad de las materias primas y el respeto por el medio ambiente y, por lo tanto, las baterías secundarias se han aplicado ampliamente en la nueva industria energética.
Sin embargo, las baterías secundarias disponibles en el mercado no son suficientes para satisfacer las demandas de uso real y así, es urgente desarrollar una batería secundaria que pueda considerar simultáneamente una alta densidad de energía y un buen rendimiento electroquímico.
El documento CN 110391 414 A se refiere a una batería de iones de litio de polímero de alta densidad de energía y un método de preparación de la misma.
El documento CN 106099 174 A se refiere a una batería de iones de litio de alta tensión de cátodo a base de silicio que comprende un polo negativo, un polo positivo, un diafragma dispuesto entre el polo negativo y el polo positivo y un electrolito no acuoso.
El documento US 2009/253044 A1 da a conocer un electrolito no acuoso y una batería secundaria de iones de litio que usa el mismo.
El documento CN 109244530 A da a conocer una batería de iones de litio y su método de preparación.
El documento JP 2013 225388 A se refiere a una batería y un electrolito, un paquete de baterías, un aparato electrónico, un vehículo eléctrico, un dispositivo de almacenamiento de energía y un sistema de energía eléctrica.
Compendio
En vista de los problemas de la técnica anterior, la solicitud pretende proporcionar una batería secundaria y un dispositivo que incluya la misma. En la premisa de tener una alta densidad de energía, la batería secundaria también puede considerar simultáneamente un buen rendimiento del ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y una baja resistencia de corriente continua a baja temperatura.
Con el fin de cumplir el objetivo anterior, en un primer aspecto, la solicitud proporciona una batería secundaria que incluye: una placa de electrodo negativo, la placa de electrodo negativo que incluye un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo; una película de separación, incluyendo la película de separación un material base y un revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material base; y un electrolito, incluyendo el electrolito un disolvente orgánico, en donde el material activo negativo incluye un material a base de silicio y un material de carbono; el espesor del material base de la película de separación es de 7 pm~12 pm; y el disolvente orgánico incluye carbonato de etileno (EC), y una relación de peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <20%, en donde el electrolito incluye además sal de electrolito, y la sal de electrolito incluye bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI y hexafluorofosfato de litio, LiPF6; y en donde la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI, en el electrolito es de 0,8 mol/L~1,3 mol/L, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio, LiPF6, en el electrolito es de 0,15mol/L~0,4mol/L.
En un segundo aspecto, la solicitud proporciona un dispositivo, y el dispositivo incluye la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud.
La solicitud tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos que:
La batería secundaria proporcionada por la solicitud incluye: un electrodo negativo que incluye el material activo específico, la película de separación que incluye el material base con el espesor específico y el electrolito que incluye el disolvente orgánico específico. Bajo la acción combinada del electrodo negativo, la película de separación y el electrolito, la batería secundaria proporcionada por la solicitud, en la premisa de tener una alta densidad de energía, también tiene un buen rendimiento de ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura, y baja resistencia de corriente continua a baja temperatura. El dispositivo proporcionado por la solicitud en el segundo aspecto incluye la batería secundaria proporcionada por la solicitud en el primer aspecto y así, tiene al menos las mismas ventajas que la batería secundaria.
Breve descripción de las figuras
La fig. 1 es un diagrama esquemático de una batería secundaria proporcionada por una realización de la solicitud. La fig. 2 es un diagrama esquemático de un módulo de batería proporcionado por una realización de la solicitud. La fig. 3 es un diagrama esquemático de un paquete de baterías proporcionado por una realización de la solicitud. La fig. 4 es una vista despiezada ordenadamente de la fig. 3.
La fig. 5 es un diagrama esquemático de un dispositivo proporcionado por una realización de la solicitud.
Donde, los signos de referencia se ilustran de la siguiente manera:
1. caja de batería;
2. cuerpo de caja superior;
3. cuerpo de caja inferior;
4. módulo de batería; y
5. batería secundaria.
Descripción detallada
Una batería secundaria y un dispositivo que incluye la misma según la solicitud se ilustrarán en detalle a continuación. En primer lugar, se ilustrará la batería secundaria según un primer aspecto de la solicitud.
La batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud incluye una placa de electrodo negativo, una película de separación y un electrolito. La placa de electrodo negativo incluye un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que está dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo; la película de separación incluye un material base y un revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material base; y el electrolito incluye un disolvente orgánico, en donde el material activo negativo incluye un material a base de silicio y un material de carbono, el espesor del material base de la película de separación es de 7 pm~12 pm, el disolvente orgánico incluye carbonato de etileno (EC), y un la relación de peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es de <20%, en donde el electrolito incluye además sal de electrolito, y la sal de electrolito incluye bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI y hexafluorofosfato de litio, LiPF6; y donde la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI, en el electrolito es de 0,8 mol/L~1,3 mol/L, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio, LiPF6, en el electrolito es de 0,15mol/L~0,4mol/L.
En la batería secundaria según la solicitud, el material a base de silicio tiene una capacidad específica teórica relativamente alta y obviamente puede aumentar la capacidad de la batería secundaria cuando se utiliza como material activo negativo de la batería secundaria, pero el volumen del material a base de silicio puede expandirse seriamente en el proceso de carga y descarga con el objetivo de influir en el rendimiento de la batería secundaria; y el material a base de silicio y el material de carbono se combinan para su uso para formar el material activo negativo, de manera que, en un aspecto, la capacidad de la batería secundaria puede expandirse y, en el otro aspecto, la adición del material de carbono también puede aliviar la influencia de la expansión de volumen del material a base de silicio sobre el rendimiento de la batería secundaria hasta cierto punto. Mientras tanto, en la batería secundaria proporcionada por la solicitud, el disolvente orgánico en el electrolito incluye el carbonato de etileno (EC), y la relación de peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es de <20%, de manera que el riesgo de la producción de gas de la batería se puede reducir de manera efectiva; y mientras tanto, los inventores han descubierto mediante investigaciones que el uso combinado de carbonato de etileno (EC) con el contenido específico y el material base de la película de separación con el espesor específico pueden posibilitar que el electrolito se humedezca bien en la película de separación con el objetivo de mejorar de manera eficaz el rendimiento de potencia y el rendimiento de ciclo de la batería.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el espesor del material base de la película de separación es de 7 pm ~ 10 pm.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, la porosidad de la película de separación es del 25%~50%. Si la porosidad de la película de separación es demasiado baja, un trayecto para que pasen los iones de litio es relativamente largo, lo que probablemente influya en el rendimiento dinámico de la batería secundaria; y si la porosidad de la película de separación es excesivamente alta, puede reducir la resistencia mecánica de la película de separación, dejando grandes peligros potenciales para la seguridad de la batería secundaria. Más preferiblemente, la porosidad de la película de separación es del 30%~48%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, en la película de separación, el material base se puede seleccionar de uno o más de una película de polietileno, una película de polipropileno, una película de fluoruro de polivinilideno y su película compuesta multicapa.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, en la película de separación, el revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material base puede incluir uno o más de un revestimiento de partículas inorgánicas o un revestimiento de polímero, y tipos de revestimiento de partículas inorgánicas y el revestimiento de polímero no están especialmente limitados y pueden seleccionarse según se requiera realmente. Específicamente, el revestimiento de partículas inorgánicas puede incluir una o más partículas de óxido de aluminio y partículas de óxido de circonio, y el revestimiento de polímero puede incluir uno o más de un polímero de fluoruro de polivinilideno y un polímero de poliimida.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el espesor de la película de separación (es decir, la suma del espesor del material base y el espesor del revestimiento en la película de separación) es de 10 gm~16 gm; y más preferiblemente, el espesor de la película de separación es de 12 gm~14 gm.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, la relación de peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es de < 15%; y más preferiblemente, la relación de peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es de <10%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el disolvente orgánico incluye además uno o más de carbonato de metilo etilo (EMC), carbonato de dietilo (DEC) y carbonato de dimetilo (DMC).
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, cuando el disolvente orgánico incluye además EMC, preferiblemente, una relación de peso del EMC en el disolvente orgánico es del 60%-95%, y más preferiblemente, la relación de peso del EMC en el disolvente orgánico es del 75%~95%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, cuando el disolvente orgánico incluye además el DEC, preferiblemente, una relación de peso de DEC en el disolvente orgánico es de <30%, y más preferiblemente, la relación de peso de DEC en el disolvente orgánico es de <20%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, cuando el disolvente orgánico incluye además el DMC, preferiblemente, una relación de peso del DMC en el disolvente orgánico es de <15%, y más preferiblemente, la relación de peso del DMC en el disolvente orgánico es de <10%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el disolvente orgánico puede incluir además uno o más de formato de metilo, formato de etilo, acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, propionato de metilo, propionato de etilo, propionato de propilo, propionato de butilo, propionato de isobutilo, propionato de amilo, propionato de isoamilo, isopropilato de etilo, butirato de etilo, isobutirato de etilo, butirato de butilo, isobutirato de butilo, butirato de amilo, butirato de isoamilo, valerato de etilo, isovalerato de etilo, valerato de propilo, isovalerato de propilo y compuestos obtenidos después de que los compuestos anteriores sean parcialmente sustituidos o todos sustituidos por uno o más de los átomos de halógeno.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el electrolito incluye además sal de electrolito, y la sal de electrolito incluye bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF6), la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,8 mol/L~1,3 mol/L, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF6) en el electrolito es de 0,15mol/L~0,4mol/L.
Cuando el contenido de bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF6) está dentro del rango anterior, no solamente se puede aliviar la oxidación de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en un electrodo positivo y se mejora el rendimiento del ciclo de la batería, sino que también se puede mejorar de manera eficaz el rendimiento de energía a baja temperatura de la batería.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, más preferiblemente, la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,9 mol/L ~ 1,2 mol/L.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, más preferiblemente, la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF6) en el electrolito es de 0,15mol/L~0,3mol/L.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, la conductividad eléctrica del electrolito a 25°C es de 6,5 mS/cm~9,5 mS/cm; y preferiblemente, la conductividad eléctrica del electrolito a 25°C es de 7 mS/cm~9 mS/cm.
En la batería secundaria según la solicitud, una viscosidad del electrolito a 25°C es de 3,5 mPas~5,5 mPas; y preferiblemente, la viscosidad del electrolito a 25°C es de 4 mPas~5 mPas.
La conductividad eléctrica del electrolito a 25°C puede probarse mediante el método bien conocido en la técnica, y un instrumento de prueba adoptado puede ser un instrumento de equipo de conductividad eléctrica Rex.
La viscosidad del electrolito a 25°C puede probarse mediante el método bien conocido en la técnica, y un instrumento de prueba adoptado puede ser un viscosímetro.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el electrolito incluye además un aditivo, y el aditivo puede incluir uno o más de entre carbonato de vinileno, carbonato de fluoroetileno (FEC), suhona propano 1,3, anhídrido de propanodisulfónico 1,3 (PDSA), sulfato de etileno, anhídrido succínico (SA), fosfato de tris(trimetilsilano) (TMSP), anhídrido trifluorometanosulfónico, anhídrido tetrafluorosuccínico y adiponitrilo.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material a base de silicio incluye uno o más de una sustancia simple de silicio, una aleación de silicio, un compuesto de oxígeno de silicio, un compuesto de carbono de silicio y un compuesto de nitrógeno de silicio; y más preferiblemente, el material a base de silicio incluye el compuesto de oxígeno de silicio.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, la relación de masa del material a base de silicio en el material activo negativo es de <50%, y más preferiblemente, es del 15%~30%.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material de carbono incluye uno o más de entre grafito, carbono blando y carbono duro; y más preferiblemente, el material de carbono incluye el grafito, y el grafito se selecciona de uno o más de grafito artificial y grafito natural.
La batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud incluye además una placa de electrodo positivo, incluyendo la placa de electrodo positivo un colector de corriente positiva y una película de electrodo positivo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente positiva e incluye un material activo positivo; la película de electrodo positivo puede estar dispuesta sobre una superficie del colector de corriente positiva, o puede estar dispuesta simultáneamente sobre dos superficies del colector de corriente positiva; y la película de electrodo negativo puede estar dispuesta sobre una superficie del colector de corriente negativa, o puede estar dispuesta simultáneamente sobre dos superficies del colector de corriente negativa.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material activo positivo incluye uno o más de entre un compuesto de oxígeno de manganeso, cobalto, níquel, litio y un óxido de aluminio, cobalto, níquel, litio. El compuesto de oxígeno de manganeso, cobalto, níquel, litio y el óxido de aluminio, cobalto, níquel, litio, como materiales activos positivos de la batería secundaria, tienen ventajas de alta capacidad específica, ciclo de vida prolongado y similares, y se combinan con el material activo negativo, incluyendo el material a base de silicio para su uso con el objetivo de mejorar aún más el rendimiento electroquímico de la batería.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material activo positivo incluye uno o más de entre un material con una fórmula general de LiaNibCocMdM'eOfAg o LiaNibCocMdM'eOfAg con una capa de revestimiento en al menos una parte de la superficie, en donde 0,8<a<1,2, 0,5<b<1, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<0,1, 1<f<2, y 0<g<1, M se selecciona de uno o más de Mn y Al, M' se selecciona de uno o más de Zr, Al, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti y B, y A se selecciona de uno o más de N, F, S y Cl.
La capa de revestimiento sobre la superficie del material activo positivo puede ser una capa de carbono, una capa de óxido, una capa de sal inorgánica o una capa de macromolécula conductora. La modificación del revestimiento en la superficie del material activo positivo puede mejorar aún más el rendimiento del ciclo de la batería secundaria.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, además, el material activo positivo puede incluir además uno o más de un óxido de litio y níquel (por ejemplo, niquelato de litio), un óxido de litio y manganeso (por ejemplo, manganato de litio tipo espinela y una estructura de capa de manganato de litio), fosfato de hierro y litio, fosfato de manganeso y litio, fosfato de hierro, manganeso y litio, cobaltato de litio y sus compuestos modificados.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el tipo de colector de corriente positiva no está específicamente limitado y puede seleccionarse según se requiera realmente. Específicamente, el colector de corriente positiva se puede seleccionar de una lámina metálica, por ejemplo, una lámina de aluminio.
En la batería secundaria según el primer aspecto de la solicitud, el tipo de colector de corriente negativa no está especialmente limitado y puede seleccionarse según se requiera realmente. Específicamente, el colector de corriente negativa se puede seleccionar de una lámina metálica, por ejemplo, una lámina de cobre.
En algunas realizaciones, la batería secundaria puede incluir un paquete exterior para empaquetar la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el electrolito. Como ejemplo, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la película de separación se pueden formar en un conjunto de electrodos con una estructura laminada o un conjunto de electrodos con una estructura enrollada por laminación o bobinado, y el conjunto de electrodos se empaqueta en el paquete exterior; y el electrolito humedece el conjunto de electrodos. El número del conjunto de electrodos en la batería secundaria puede ser uno o más, y puede regularse según se requiera.
En algunas realizaciones, el paquete exterior de la batería secundaria puede ser un paquete blando, por ejemplo, un paquete blando tipo bolsa. El material del paquete blando puede ser plástico y, por ejemplo, puede incluir uno o más de entre polipropileno (PP), tereftalato de polibutileno (PBT), succinato de polibutileno (PBS) y similares. El paquete exterior de la batería secundaria también puede ser un alojamiento duro, por ejemplo, un alojamiento de aluminio y similares.
La solicitud no impone ningún límite especial a la forma de la batería secundaria, y la batería secundaria puede tener forma de cilindro, forma cuadrada u otras formas aleatorias. La fig. 1 muestra una batería 5 secundaria con una estructura cuadrada como ejemplo.
En algunas realizaciones, la batería secundaria se puede ensamblar en un módulo de batería, el módulo de batería puede incluir una pluralidad de baterías secundarias y el número específico de baterías secundarias se puede regular según la solicitud y la capacidad del módulo de batería.
La fig. 2 es un módulo 4 de batería como ejemplo. Con referencia a la fig. 2, en el módulo 4 de batería, una pluralidad de baterías 5 secundarias pueden estar dispuestas secuencialmente a lo largo de la dirección longitudinal del módulo 4 de batería. Ciertamente, las baterías 5 secundarias también pueden estar dispuestas de otras maneras aleatorias. Además, la pluralidad de baterías 5 secundarias puede fijarse mediante sujetadores.
Opcionalmente, el módulo 4 de batería puede incluir además un alojamiento con un espacio de alojamiento, y la pluralidad de baterías 5 secundarias caben en el espacio de alojamiento.
En algunas realizaciones, el módulo de batería se puede ensamblar además en un paquete de baterías, y el número de módulos de batería incluidos en el paquete de baterías se puede regular según la aplicación y la capacidad del paquete de baterías.
La fig. 3 y la fig. 4 muestran un paquete 2 de baterías como ejemplo. Con referencia a la fig. 3 y a la fig. 4, el paquete 1 de baterías puede incluir una caja de batería y una pluralidad de módulos 4 de batería dispuestos en la caja de batería. La caja de batería incluye un cuerpo 2 de caja superior y un cuerpo 3 de caja inferior, el cuerpo 2 de caja superior se puede cubrir sobre el cuerpo 3 de caja inferior, y se forma un espacio cerrado para alojar los módulos 4 de batería. La pluralidad de módulos 4 de batería puede estar dispuesta en la caja de batería de manera aleatoria.
En segundo lugar, se ilustrará el dispositivo según un segundo aspecto de la solicitud.
La solicitud proporciona un dispositivo en el segundo aspecto. El dispositivo incluye la batería secundaria proporcionada por la solicitud en el primer aspecto, y la batería secundaria puede utilizarse como fuente de alimentación del dispositivo, o puede utilizarse como una unidad de almacenamiento de energía del dispositivo. El dispositivo incluye, entre otros, un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil, un ordenador portátil y similares), un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico y similares), un tren eléctrico, un barco, un satélite, un sistema de almacenamiento de energía, y similares.
El dispositivo puede seleccionar la batería secundaria, el módulo de batería o el paquete de baterías según las demandas de uso del dispositivo.
La fig. 5 muestra un dispositivo como ejemplo. El dispositivo es un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable o similar. Con el fin de satisfacer las demandas del dispositivo de alta potencia y alta densidad de energía de la batería secundaria, se puede adoptar el paquete de baterías o el módulo de batería.
Un dispositivo como otro ejemplo puede ser un teléfono móvil, una tableta, un ordenador personal, un ordenador portátil y similares. Por lo general, se requiere que el dispositivo sea delgado y ligero, y puede utilizar la batería secundaria como fuente de alimentación.
La solicitud se ilustrará adicionalmente a continuación en combinación de realizaciones. Debería comprenderse que esas realizaciones se utilizan simplemente para ilustrar la solicitud, pero no pretenden limitar el alcance de la solicitud.
Las baterías secundarias en las realizaciones 1 a 19 y los ejemplos de contraste 1 a 6 se preparan todos según el siguiente método.
(1) Preparación de una placa de electrodo positivo:
Mezclar un material activo positivo LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , un adhesivo de fluoruro de polivinilideno y un aditivo conductor, es decir, humo de carbono conductor, según una relación de peso de 97:1:2, añadiendo N-metilpirrolidona (NMP) y removiendo en un mezclador de vacío hasta que el sistema se transforme en un estado transparente, con el objetivo de obtener un tamaño de electrodo positivo; y transferir una lámina de aluminio a un horno de secado para secarla después de secarla al aire a temperatura ambiente, y someter la lámina a prensado en frío y cortarla para obtener la placa de electrodo positivo.
(2) Preparación de una placa de electrodo negativo:
Mezclar materiales activos negativos de monóxido de silicio y grafito artificial según una relación de masa de 2:8, mezclando la mezcla con un aditivo conductor Súper P, un espesante de carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na), un adhesivo de caucho de estireno butadieno (SBR) según una relación de masa de 92:2:2:4, añadiendo agua desionizada y removiendo en el mezclador de vacío para obtener un tamaño de electrodo negativo uniformemente disperso; y transferir una lámina de cobre al horno de secado para secarla después de secarla al aire a temperatura ambiente, y someterla a prensado en frío y cortarla para obtener la placa de electrodo negativo.
(3) Preparación de un electrolito:
En una caja de guantes de nitrógeno de alta pureza, mezclar disolventes orgánicos para obtener un disolvente mixto, a continuación disolver la sal electrolítica suficientemente seca en el disolvente mixto, después agregar aditivos al disolvente mixto y realizar una mezcla uniforme para obtener el electrolito, en donde la composición de los aditivos es que: 8%FEC+0,5%SA+0,5%TMSP, y el contenido de cada aditivo es un porcentaje en peso calculado sobre la base del peso total del electrolito; y ciertamente, los expertos en la técnica también pueden adoptar aditivos con otra composición para el reemplazo, sin influir en el resultado de la prueba de rendimiento general de la solicitud, en donde los tipos y la concentración de la sal del electrolito utilizada en el electrolito y los tipos y contenidos específicos de los disolventes orgánicos se muestran en la Tabla 1. El contenido de cada disolvente orgánico es un porcentaje en peso calculado sobre la base del peso total de los disolventes orgánicos; y la concentración de cada sal de electrolito es la molaridad en el electrolito.
(4) Preparación de una película de separación:
Los ajustes específicos de un material base en la película de separación y el espesor del material base se muestran en la Tabla 1.
(5) Preparación de la batería secundaria:
Apilar la placa de electrodo positivo, la película de separación y la placa de electrodo negativo en secuencia, colocando la película de separación entre las placas de electrodo positivo y negativo para la separación y a continuación enrollar para obtener un conjunto de electrodos; y colocar el conjunto de electrodos en un paquete exterior, inyectando el electrolito preparado en una batería seca y realizando el empaquetado al vacío, el reposo, la formación, y el dar forma y similares para obtener la batería secundaria.
Tabla 1 Parámetros de las Realizaciones 1-9 y Ejemplos de Contraste 1-6
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000008_0001
‘ Realización de referencia
A continuación se ilustra el proceso de prueba de la batería secundaria.
(1) Prueba de rendimiento del ciclo a alta temperatura:
A 45°C, cargando la batería secundaria a una tensión de 4,25V con una corriente constante de 1C, a continuación cargando a una corriente de 0.05C con un tensión constante de 4,25V, reposando durante 5min y a continuación descargando a una tensión de 2,5V con la corriente constante de 1C; es el primer ciclo de carga/descarga de la batería secundaria, y esta capacidad de descarga se indica como capacidad de descarga de la batería secundaria después del primer ciclo. Cargar/descargar de manera circular la batería secundaria 800 veces según el método para obtener la capacidad de descarga después de 800 ciclos.
Un índice de retención de capacidad (%) de la batería secundaria después de 800 ciclos a 45 °C = (la capacidad de descarga de la batería secundaria después de 800 ciclos/la capacidad de descarga de la batería secundaria después del primer ciclo) x 100 %.
(2) Prueba de rendimiento de almacenamiento a alta temperatura:
A 25 °C, cargar la batería secundaria a una tensión de 4,25 V con una corriente constante de 0,5 C y a continuación cargarla a una corriente de 0,05 C con una tensión constante de 4,25 V, y probar el volumen de la batería secundaria en este momento mediante un método de drenaje e indicar el volumen como V1 ; y a continuación colocar la batería secundaria en un calostato a 60 °C y sacarla después de almacenarla durante 30 días, y probar el volumen de la batería secundaria en este momento e indicar el volumen como V2.
índice de expansión de volumen (%) después de que la batería secundaria se almacene durante 30 días a 60°C = [(V2-V1 )/V1 ]x100%
(3) Prueba de resistencia de corriente continua a baja temperatura:
A -20°C, cargar la batería secundaria a una tensión de 4,25V con una corriente constante de 1C, a continuación cargarla a una corriente de 0,05C con una tensión constante de 4,25V, reposar durante 5min y a continuación descargar durante 30min con un corriente constante de 1 C(h), y medir la tensión de la batería secundaria después de la descarga e indicar la tensión como U1 ; cambiar la temperatura a -20 °C, reposar durante 2 h, a continuación descargar la batería secundaria durante 30 s a una corriente constante de 0,36 C (I2), medir la tensión de la batería secundaria después de la descarga e indicar la tensión como U2 ; y
Resistencia de corriente continua a baja temperatura DCR de la batería secundaria = (U1 - U2) / (I1- I2).
Tabla 2 Resultados de la prueba de rendimiento de la realización 1-19 y los ejemplos de contraste 1-6
Figure imgf000009_0001
* Realización de referencia
Se puede ver a partir de los resultados de la prueba como se muestra en la Tabla 2 que: la batería secundaria según las realizaciones de la solicitud puede tener un buen rendimiento del ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y una baja resistencia de corriente continua a baja temperatura.
En las realizaciones 1 a 14, el contenido de carbonato de etileno (EC) y el espesor del material base de la película de separación en la batería secundaria están ambos dentro del alcance dado por la solicitud, y la batería secundaria puede tener un buen rendimiento del ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y baja resistencia de corriente continua a baja temperatura. En las realizaciones 15 a 19, cuando la sal electrolítica de la batería secundaria incluye simultáneamente la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y el hexafluorofosfato de litio (LiPF6) y condiciona que la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito sea de 0,8mol/L~1,3mol/L y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF6) en el electrolito es de 0,15mol/L~0,4 mol/L, se mejora aún más el rendimiento de la batería secundaria y, en particular, el rendimiento del ciclo a alta temperatura y la resistencia de corriente continua a baja temperatura de la batería secundaria.
En comparación con las realizaciones 1 a 19, el rendimiento del ciclo a alta temperatura de las baterías secundarias en los ejemplos de contraste es relativamente pobre. En las baterías secundarias de los ejemplos de contraste 1 a 2, el contenido de carbonato de etileno (EC) es superior al 20%, y se deteriora el ciclo a alta temperatura y el rendimiento de almacenamiento a alta temperatura de las baterías secundarias; los espesores de los materiales base de las películas de separación de las baterías secundarias en los ejemplos de contraste 3 a 6 son mayores de 12 pm o menores de 7 pm, el rendimiento del ciclo a alta temperatura de las baterías secundarias se deteriora y el rendimiento del almacenamiento a alta temperatura y/o la resistencia de corriente continua a baja temperatura están parcialmente deteriorados.
A partir de lo anterior, la solicitud supera eficazmente varios defectos de la técnica anterior y tiene un alto valor de utilización en la industria.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Una batería (5) secundaria, que comprende:
    una placa de electrodo negativo, que incluye un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo;
    una película de separación, que incluye un material base y un revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material base; y
    un electrolito, que incluye un disolvente orgánico,
    en donde el material activo negativo incluye un material a base de silicio y un material de carbono;
    un espesor del material base de la película de separación es de 7 pm ~ 12 pm; y
    el disolvente orgánico incluye carbonato de etileno, EC, y una relación de peso del carbonato de etileno, EC, en el disolvente orgánico es de <20%,
    en donde el electrolito incluye además sal de electrolito, y la sal de electrolito incluye bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI, y hexafluorofosfato de litio, LiPF6; y
    la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI, en el electrolito es de 0,8mol/L~1,3mol/L, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio, LiPF6, en el electrolito es de 0,15mol/L~0,4mol/L.
  2. 2. - La batería (5) secundaria según la reivindicación 1, en donde la relación de peso del carbonato de etileno, EC, en el disolvente orgánico es de < 15%; y
    preferiblemente, la relación de peso del carbonato de etileno, EC, en el disolvente orgánico es de < 10%.
  3. 3. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el espesor del material base de la película de separación es de 7 pm ~ 10 pm.
  4. 4. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la porosidad de la película de separación es del 25% ~ 50%; y preferiblemente, la porosidad de la película de separación es del 30%~48%.
  5. 5. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el disolvente orgánico incluye además uno o más de carbonato de metilo etilo, EMC, carbonato de dietilo, DEC y carbonato de dimetilo, DMC.
  6. 6. - La batería (5) secundaria según la reivindicación 5, en donde la relación de peso del carbonato de metilo etilo, EMC, en el disolvente orgánico es del 60% ~ 95%; y
    preferiblemente, la relación de peso del carbonato de metilo etilo, EMC, en el disolvente orgánico es del 75%~95%.
  7. 7. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en donde la relación de peso del carbonato de dietilo, DEC, en el disolvente orgánico es de <30%; y
    preferiblemente, la relación de peso del carbonato de dietilo, DEC, en el disolvente orgánico es de < 20%.
  8. 8. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en donde la relación de peso del carbonato de dimetilo, DMC, en el disolvente orgánico es de <15%; y
    preferiblemente, la relación de peso del carbonato de dimetilo, DMC, en el disolvente orgánico es de < 10%.
  9. 9. - La batería (5) secundaria según la reivindicación 8, en donde la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio, LiFSI, en el electrolito es de 0,9mol/L~1,2mol/L, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio, LiPF6, en el electrolito es de 0,15mol/L~0,3mol/L.
  10. 10. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde
    la conductividad eléctrica del electrolito a 25°C es de 6,5mS/cm~9,5mS/cm, y preferiblemente, la conductividad eléctrica del electrolito a 25°C es de 7 mS/cm~9 mS/cm; y/o
    la viscosidad del electrolito a 25°C es de 3,5mPas~5,5mPas, y preferiblemente, la viscosidad del electrolito a 25°C es de 4 mPas~5 mPas.
  11. 11. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la relación de masa del material a base de silicio en el material activo negativo es de <50 %, y preferiblemente es del 15%~30%.
  12. 12. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el espesor de la película de separación es de 11pm~16pm y, preferiblemente, el espesor de la película de separación es de 12pm~14pm.
  13. 13. - La batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende además una placa de electrodo positivo, incluyendo la placa de electrodo positivo un colector de corriente positiva y una película de electrodo positivo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente positiva e incluye un material activo positivo, incluyendo el material activo positivo uno o más de entre un compuesto de oxígeno de manganeso cobalto níquel y litio y un óxido de aluminio cobalto níquel y litio, e
    incluyendo, preferiblemente, el material activo positivo uno o más de LiaNibCooMdM'eOfAg o LiaNibCocMdM'eOfAg con una capa de revestimiento en al menos una parte de la superficie, en donde 0.8<a<1.2, 0.5<b<1, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<0.1, 1<f<2, y 0<g<1, M se selecciona de uno o más de Mn y Al, M' se selecciona de uno o más de Zr, Al, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti y B, y A se selecciona de uno o más de N, F, S y Cl.
  14. 14. - Un dispositivo, que comprende la batería (5) secundaria según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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